1、操作系統原理 實驗報告實驗名稱： 操作系統 姓 名： XXX 學 號： xxxxxxxxxx 班 級： xxx 指導老師： xxx 1 / 23一、實驗內容在Windows2000環境下，創建一個控制臺進程，此進程包含n個線程。用這n個線程來表示n個讀者或寫者。每個線程按相應測試數據文件(后面有介紹)的要求進行讀寫操作。用信號量機制分別實現讀者優先和寫者優先的讀者-寫者問題。讀者-寫者問題的讀寫操作限制(包括讀者優先和寫者優先):1)寫-寫互斥，即不能有兩個寫者同時進行寫操作。2)讀-寫互斥，即不能同時有一個線程在讀，而另一個線程在寫。，3)讀-讀允許，即可以有一個或多個讀者在讀。讀者優先的附

2、加限制:如果一個讀者申請進行讀操作時已有另一個讀者正在進行讀操作，則該讀者可直接開始讀操作。寫者優先的附加限制:如果一個讀者申請進行讀操作時已有另一寫者在等待訪問共享資源，則該讀者必須等到沒有寫者處于等待狀態后才能開始讀操作。運行結果顯示要求:要求在每個線程創建、發出讀寫操作申請、開始讀寫操作和結束讀寫操作時分別顯示一行提示信息，以確定所有處理都遵守相應的讀寫操作限制。二、實驗目的在Windows2000環境下，創建一個控制臺進程，此進程包含n個線程。用這n個線程來表示n個讀者或寫者。每個線程按相應測試數據文件(后面有介紹)的要求進行讀寫操作。用信號量機制分別實現讀者優先和寫者優先的讀者-寫者

3、問題。三、實驗原理1).讀者優先讀者優先指的是除非有寫者在寫文件，否則讀者不需要等待。所以可以用一個整型變量read_count記錄當前的讀者數目，用于確定是否需要釋放正在等待的寫者線程(當read_count=O時，表明所有的讀者讀完，需要釋放寫者等待隊列中的一個寫者)。每一個讀者開始讀文件時，必須修改read_count變量。因此需要一個互斥對象mutex來實現對全局變量read_count修改時的互斥。另外，為了實現寫-寫互斥，需要增加一個臨界區對象write。當寫者發出寫請求時，必須申請臨界區對象的所有權。通過這種方法，也可以實現讀-寫互斥，當read_count=l時(即第一個讀者到

4、來時)，讀者線程也必須申請臨界區對象的所有權。當讀者擁有臨界區的所有權時，寫者阻塞在臨界區對象write上。當寫者擁有臨界區的所有權時， 第一個讀者判斷完 "read_count=1"后阻塞在write上，其余的讀者由于等待對read_count的判斷，阻塞在mutex上。2).寫者優先寫者優先與讀者優先類似;不同之處在于一旦一個寫者到來，它應該盡快對文件進行寫操作，如果有一個寫者在等待，則新到來的讀者不允許進行讀操作。為此應當添加一個整型變量write_count，用于記錄正在等待的寫者的數目，當write_count=O時，才可以釋放等待的讀者線程隊列。為了對全局變量w

5、rite_count實現互斥，必須增加一個互斥對象mutex3。為了實現寫者優先，應當添加一個臨界區對象read，當有寫者在寫文件或等待時，讀者必須阻塞在read上。 ·讀者線程除了要對全局變量read_count實現操作上的互斥外，還必須有一個互斥對象對阻塞,read這一過程實現互斥。這兩個互斥對象分別命名為mutex1和mutex2。四、實驗過程在Windows2000環境下，創建一個控制臺進程。用VC+實現。讀者優先指的是除非有寫者在寫文件，否則讀者不需要等待。所以可以用一個整型變量read_count記錄當前的讀者數目，用于確定是否需要釋放正在等待的寫者線程(當read_co

6、unt=O時，表明所有的讀者讀完，需要釋放寫者等待隊列中的一個寫者)。每一個讀者開始讀文件時，必須修改read_count變量。因此需要一個互斥對象mutex來實現對全局變量read_count修改時的互斥。另外，為了實現寫-寫互斥，需要增加一個臨界區對象write。當寫者發出寫請求時，必須申請臨界區對象的所有權。通過這種方法，也可以實現讀-寫互斥，當read_count=l時(即第一個讀者到來時)，讀者線程也必須申請臨界區對象的所有權。當讀者擁有臨界區的所有權時，寫者阻塞在臨界區對象write上。當寫者擁有臨界區的所有權時， 第一個讀者判斷完 "read_count=1"

7、后阻塞在write上，其余的讀者由于等待對read_count的判斷，阻塞在mutex上。寫者優先與讀者優先類似;不同之處在于一旦一個寫者到來，它應該盡快對文件進行寫操作，如果有一個寫者在等待，則新到來的讀者不允許進行讀操作。為此應當添加一個整型變量write_count，用于記錄正在等待的寫者的數目，當write_count=O時，才可以釋放等待的讀者線程隊列。為了對全局變量write_count實現互斥，必須增加一個互斥對象mutex3。為了實現寫者優先，應當添加一個臨界區對象read，當有寫者在寫文件或等待時，讀者必須阻塞在read上。 ·讀者線程除了要對全局變量read_co

8、unt實現操作上的互斥外，還必須有一個互斥對象對阻塞,read這一過程實現互斥。這兩個互斥對象分別命名為mutex1和mutex2。結構：頭文件定義全局變量RP_ReaderThread（）讀者優先-讀者線程RP_WriterThread（）讀者優先-寫者線程ReaderPriority （）讀者優先處理函數WP_ReaderThrea （）寫者優先-讀者線程WP_WriterThread（）寫者優先-寫者線程WriterPriority （）寫者優先處理函數主函數：包含對dat文件的讀取以及函數的調用。代碼：附錄五、實驗結果 界面：測試數據：2 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W

9、5.1 3結果讀者優先寫者優先六、實驗心得體會通過對讀者寫者問題的編程，對線程有了更深的了解，希望在后面的學習中懂得更多。七、參考文獻 老師提供的資料，以及互聯網查閱。八、附錄 #include "windows.h"#include <conio.h>#include <stdlib.h>#include <fstream.h>#include <io.h>#include <string.h>#include <stdio.h>#include "winbase.h"#defin

10、e READER 'R' / 讀者#define WRITER 'W' / 寫者#define INTE_PER_SEC 1000 / 每秒時鐘中斷的數目#define MAX_THREAD_NUM 64 / 最大線程數int nReaderCnt = 0; / 讀者計數int nWriterCnt = 0; / 寫者計數HANDLE hWrite = :CreateSemaphore( NULL, 1, 1, NULL ); / 寫開始信號HANDLE hRead = :CreateSemaphore( NULL, 1, 1, NULL ); / 讀開始信號H

11、ANDLE hRCMutex = :CreateMutex( NULL, FALSE, NULL ); HANDLE hWCMutex = :CreateMutex( NULL, FALSE, NULL );HANDLE hReadMutex = :CreateMutex( NULL, FALSE, NULL );/ 從測試數據文件中獲取的線程信息struct ThreadInfo ThreadInfo() nSerialNo = 0; cType = '' dDelayTime = 0.0; dOpeTime = 0.0; int nSerialNo; / 線程序號 char

12、 cType; / 線程類別 double dDelayTime; / 線程延遲時間 double dOpeTime; / 線程讀寫操作時間;/ 讀者優先-讀者線程/ P:讀者線程信息void RP_ReaderThread(void *p) int nSerialNo = (ThreadInfo*)(p)->nSerialNo ; /從文件中讀取 線程序號 DWORD dwReadTime = (DWORD)(ThreadInfo*)(p)->dOpeTime * INTE_PER_SEC ); DWORD dwDelay = (DWORD)(ThreadInfo*)(p)-&g

13、t;dDelayTime * INTE_PER_SEC ); Sleep( dwDelay ); printf("Reader thread %d sents the reading require.n",nSerialNo); WaitForSingleObject( hRCMutex, INFINITE ); nReaderCnt+; if( nReaderCnt = 1 ) WaitForSingleObject( hWrite, INFINITE ); ReleaseMutex(hRCMutex); printf( "Reader thread %d be

14、gins to read file.n", nSerialNo ); Sleep( dwReadTime ); printf( "Reader thread %d finished reading file.n", nSerialNo ); WaitForSingleObject( hRCMutex, INFINITE ); nReaderCnt-; if( nReaderCnt = 0 ) ReleaseSemaphore( hWrite, 1, NULL ); ReleaseMutex(hRCMutex);/ 讀者優先-寫者線程/ P:寫者線程信息void R

15、P_WriterThread(void *p) int nSerialNo = (ThreadInfo*)(p)->nSerialNo ; / 從參數中獲得信息 DWORD dwWriteTime = (DWORD)(ThreadInfo*)(p)->dOpeTime * INTE_PER_SEC ); DWORD dwDelay = (DWORD)(ThreadInfo*)(p)->dDelayTime * INTE_PER_SEC ); Sleep( dwDelay ); printf("Write thread %d sents the writing req

16、uire.n",nSerialNo); WaitForSingleObject( hWrite, INFINITE ); printf( "Writer thread %d begins to write to the file.n", nSerialNo ); Sleep( dwWriteTime ); printf( "Write thread %d finished writing to the file.n", nSerialNo ); ReleaseSemaphore( hWrite, 1, NULL );/ 讀者優先處理函數/ fi

17、le:文件名void ReaderPriority( char *file ) int nThreadCnt = 0; DWORD dwThreadID = 0; nReaderCnt = 0; / 初始化讀寫者計數 HANDLE hThreadsMAX_THREAD_NUM; ThreadInfo oThreadInfoMAX_THREAD_NUM; ifstream inFile; inFile.open ( file ); printf( "Reader Priority:nn" ); while( inFile ) / 讀入每一個讀者,寫者的信息 inFile>

18、;>oThreadInfonThreadCnt.nSerialNo; inFile>>oThreadInfonThreadCnt.cType; inFile>>oThreadInfonThreadCnt.dDelayTime; inFile>>oThreadInfonThreadCnt.dOpeTime; if ( '' != oThreadInfonThreadCnt.cType ) nThreadCnt+; inFile.get(); / 創建線程 for( int i = 0; i< nThreadCnt; i+ ) if(

19、 oThreadInfoi.cType=READER ) | ( oThreadInfoi.cType = 'r' ) hThreadsi = CreateThread( NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)(RP_ReaderThread), / 創建讀者進程 &oThreadInfoi, CREATE_SUSPENDED, &dwThreadID ); else hThreadsi = CreateThread( NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(RP_WriterThread),/ 創建寫線程

20、&oThreadInfoi, CREATE_SUSPENDED, &dwThreadID ); for( i = 0; i< nThreadCnt; i+ ) ResumeThread( hThreadsi ); WaitForMultipleObjects( nThreadCnt, hThreads, TRUE, INFINITE ); printf( "All reader and writer have finished operating.n" ); / 寫者優先-讀者線程/ P:讀者線程信息void WP_ReaderThread( void

21、 *p ) int nSerialNo = (ThreadInfo*)(p)->nSerialNo ; / 從參數中得到信息 DWORD dwReadTime = (DWORD)(ThreadInfo*)(p)->dOpeTime * INTE_PER_SEC ); DWORD dwDelay = (DWORD)(ThreadInfo*)(p)->dDelayTime * INTE_PER_SEC ); Sleep( dwDelay ); printf("Reader thread %d sents the reading require.n",nSeri

22、alNo); WaitForSingleObject( hReadMutex, INFINITE ); WaitForSingleObject( hRead, INFINITE ); WaitForSingleObject( hRCMutex, INFINITE ); nReaderCnt+; if(nReaderCnt=1) WaitForSingleObject( hWrite, INFINITE ); ReleaseMutex( hRCMutex ); ReleaseSemaphore( hRead, 1, NULL ); ReleaseMutex( hReadMutex ); prin

23、tf( "Reader thread %d begins to read file.n", nSerialNo ); Sleep( dwReadTime ); printf( "Reader thread %d finished reading file.n", nSerialNo ); WaitForSingleObject( hRCMutex, INFINITE ); nReaderCnt-; if( nReaderCnt = 0 ) ReleaseSemaphore( hWrite, 1, NULL ); ReleaseMutex( hRCMute

24、x );/ 寫者優先-寫者線程/ P:寫者線程信息void WP_WriterThread( void *p ) int nSerialNo = (ThreadInfo*)(p)->nSerialNo; DWORD dwWriteTime = (DWORD)(ThreadInfo*)(p)->dOpeTime * INTE_PER_SEC ); DWORD dwDelay = (DWORD)(ThreadInfo*)(p)->dDelayTime * INTE_PER_SEC ); Sleep( dwDelay ); printf("Writer thread %d

25、 sents the writing require.n",nSerialNo); WaitForSingleObject( hWCMutex, INFINITE ); nWriterCnt+; if( nWriterCnt = 1 ) WaitForSingleObject( hRead, INFINITE ); ReleaseMutex(hWCMutex); WaitForSingleObject( hWrite, INFINITE ); printf( "Writer thread %d begins to write to the file.n", nSe

26、rialNo ); Sleep( dwWriteTime ); printf( "Writer thread %d finished writing to the file.n", nSerialNo ); ReleaseSemaphore( hWrite, 1, NULL ); WaitForSingleObject( hWCMutex, INFINITE ); nWriterCnt-; if( nWriterCnt = 0 ) ReleaseSemaphore( hRead, 1, NULL ); ReleaseMutex(hWCMutex);/ 寫者優先處理函數/ f

27、ile:文件名void WriterPriority( char * file ) int nThreadCnt = 0; DWORD dwThreadID; HANDLE hThreadsMAX_THREAD_NUM; ThreadInfo oThreadInfoMAX_THREAD_NUM; nReaderCnt=0; nWriterCnt=0; ifstream inFile; inFile.open (file); printf("Writer priority:nn"); while(inFile) inFile>>oThreadInfonThread

28、Cnt.nSerialNo; inFile>>oThreadInfonThreadCnt.cType; inFile>>oThreadInfonThreadCnt.dDelayTime; inFile>>oThreadInfonThreadCnt.dOpeTime; if ( '' != oThreadInfonThreadCnt.cType ) nThreadCnt+; inFile.get(); for( int i = 0 ;i < nThreadCnt; i+ ) / 創建線程 if( oThreadInfoi.cType = READER ) | ( oThreadInfoi.cType = 'r' ) hThreadsi = CreateThread( NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)(WP_ReaderThread), /創建讀者進程 &oThreadInfoi, CREATE_SUSPENDED, &dwThreadID